(57)【要約】【課題】  少ない面数でコマ収差補正及び非点隔差調整ができ、部品点数の削減、製造工程の低減及び光学系の小型化を図る。【解決手段】  所定の波長の光を出射する光源２２と、光源２２から出射された出射光を光ディスク２上に集光するとともに光ディスク２からの戻り光を集光する対物レンズ２３と、光ディスク２で反射された戻り光を光路分離する光路分離手段２４と、光路分離手段２４で分離された戻り光を受光する受光素子２５とを備え、光路分離手段２４と受光素子２５との間の戻り光の光路中に非対称曲面部３１ｂを設ける。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長の光を出射する光源と、
上記光源から出射された出射光を光ディスク上に集光するとともに上記光ディスクからの戻り光を集光する対物レンズと、
上記光ディスクで反射された戻り光を光路分離する光路分離手段と、
上記光路分離手段で分離された戻り光を受光する受光素子とを備え、
上記光路分離手段と上記受光素子との間の戻り光の光路中に非対称曲面部が設けられる光ピックアップ。
【請求項２】
上記光源は、互いに異なる波長の出射光を出射し、上記互いに異なる波長の出射光の上記光ディスクからの戻り光が上記受光素子のほぼ同じ位置に入射することを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光磁気ディスク、相変化型の光ディスク等の光学的に情報の記録再生が行われる光ディスクに対して情報を記録及び／又は再生する光ピックアップに関する。
【背景技術】
【０００２】
異なるフォーマットとされた光ディスク、例えば、ＣＤ(Compact Disc)やＤＶＤ(Digital Versatile Disc)といった光ディスクを再生するために、それぞれのフォーマットに対応する波長のレーザ光を出射することができる光源と光学系を有する記録再生装置がある。
【０００３】
図１６に示すように、この種の記録再生装置が備える光学系１０１は、光路順に、光ディスク１０２に互いに異なる波長のレーザ光を選択的に出射する２波長光源１０３と、この２波長光源１０３から出射された出射光を３分割する３ビーム生成回折格子１０４と、往復路における光学距離を調整するカップリングレンズ１０５と、出射光と光ディスク１０２からの戻り光とを分離するビームスプリッタ１０６と、通過するレーザ光を平行光とするコリメータレンズ１０７と、レーザ光の偏光状態を変える１／４波長板１０８と、出射光を所定の開口数ＮＡに絞るための開口絞り１０９と、光ディスク１０２に出射光を集光する対物レンズ１１０と、コマ収差を補正し非点隔差を調整するマルチレンズ１１１と、光路合成回折格子１１２と、光ディスク１０２からの戻り光を受光する受光部１１３とを有している。
【０００４】
２波長光源１０３は、半導体レーザが用いられており、発光点１０３ａから例えば略７８０ｎｍのレーザ光と発光点１０３ｂから略６５０ｎｍの波長のレーザ光を選択的に出射する。
【０００５】
３ビーム生成回折格子１０４は、いわゆる３ビーム法によってトラッキングエラー信号を得るために、２波長光源１０３から出射された出射光を０次光及び±１次光からなる３ビームに分割する。
【０００６】
ビームスプリッタ１０６は、２波長光源１０３から出射された出射光を光ディスク１０２方向へ反射するハーフミラー面１０６ａを有し、２波長光源１０３から出射された出射光を光ディスク１０２方向へ反射するとともに光ディスク１０２からの戻り光を透過して受光部１１３へ導くことで、出射光と戻り光との光路を分離する。
【０００７】
光路合成回折格子１１２は、２波長光源１０３の発光点１０３ａ及び発光点１０３ｂから発射されたレーザ光を光ディスク１０２で反射され、受光部１１３の同一位置に一致するように回折する。
【０００８】
受光部１１３は、受光面１１３ａ上に、戻り光の内３ビーム生成回折格子１０４で分割された０次光を受光するメインビーム用フォトディテクタと、戻り光の内３ビーム生成回折格子１０４で分割された±１次光をそれぞれ受光する一組のサイドビーム用フォトディテクタとを有している。
【０００９】
図１６に示すように、２波長光源１０３から出射した光ビームは、３ビーム生成回折格子１０４で０次回折光及び±１次回折光からなる３ビームに分割されて、カップリングレンズ１０５により倍率変換され、ビームスプリッタ１０６のハーフミラー面で反射される。
【００１０】
ビームスプリッタ１０６で反射された光ビームは、コリメータレンズ１０７を通って平行光となり、１／４波長板１０８で偏光され、開口絞り１０９で所望の開口数になるよう開口制限され、対物レンズ１１０で光ディスク１０２の信号記録面に集光される。
【００１１】
そして、光ディスク１０２の信号記録面で反射された光は、対物レンズ１１０を透過し、１／４波長板１０８で偏光され、コリメータレンズ１０７を通過し、ビームスプリッタ１０６のハーフミラー面を透過し、マルチレンズ１１１によりコマ収差補正及び非点隔差調整がなされ、光路合成回折格子１１２により、２波長光源１０３の発光点１０３ａ及び発光点１０３ｂから発射されたレーザ光の光路を合成し、受光部１１３の受光面１１３ａに集光されて、メインビーム用フォトディテクタ及びサイドビーム用フォトディテクタによって記録信号が検出される。
【００１２】
光学系１０１には、フォーカシングエラー信号を検出する検出方法として、いわゆる非点収差法が用いられている。このため、メインビーム用フォトディテクタは、戻り光を受光する受光面が略方形状に形成されており、受光面の中央を通り互いに直交する一組の分割線により４等分割された各受光領域を有する分割パターンとされている。また、サイドビーム用フォトディテクタは、メインビーム用フォトディテクタを間に挟んで対向する位置にそれぞれ配設されている。
【００１３】
トラッキングエラー信号は、３ビーム生成回折格子１０４で分割された±１次光をサイドビーム用フォトディテクタがそれぞれ受光して、各サイドビーム用フォトディテクタの各出力の差分を演算することにより得られる。
【００１４】
以上のように構成された光学系１０１を備える光ピックアップ装置は、受光部１１３のメインビーム用フォトディテクタによって得られたフォーカシングエラー信号、及びサイドビーム用フォトディテクタによって得られたトラッキングエラー信号に基づいて、対物レンズ１１０を駆動変位させることによって、光ディスク１０２の記録面１０２ａに対して対物レンズ１１０が合焦位置に移動されて、出射光が光ディスク１０２の記録面１０２ａ上に合焦されて、光ディスク１０２から情報が再生される。
【００１５】
ところで、この光ピックアップ１０１においては、ビームスプリッタ１０６の入射面及び射出面が、光軸に対して垂直に配置されていないため、斜入射、斜射出によりコマ収差が発生する。このコマ収差が記録信号検出に影響を及ぼさないように、回転対称な球面あるいは非球面レンズを偏芯配置したマルチレンズ１１１によりコマ収差補正が行われている。光ピックアップ１０１では、図１７に示すように、コマ収差が補正されており、非点収差によるスポット形状も良好にされている。
【００１６】
しかしながら、この光ピックアップ１０１においては、マルチレンズ１１１によるコマ収差補正において、回転対称な面の一部分を利用しているため自由度が小さく、光学系の小型化を図ると、各レンズの屈折力の増大やビームスプリッタの入射角あるいは射出角の増大に起因してコマ収差の影響が大きくなりマルチレンズのみでは補正が困難となる。また、光学系が複数の波長に対応し光源が複数波長の半導体レーザである場合には、補正がさらに困難となる。さらに、補正に用いるレンズ枚数を増やすことは、部品コストや製造工程の増加を含めた低コスト化を妨げる要因となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の目的は、少ない面数でコマ収差補正及び非点隔差調整ができ、部品点数の削減、製造工程の低減及び光学系の小型化を可能とする光ピックアップを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この目的を達成するため、本発明に係る光ピックアップは、所定の波長の光を出射する光源と、光源から出射された出射光を光ディスク上に集光するとともに光ディスクからの戻り光を集光する対物レンズと、光ディスクで反射された戻り光を光路分離する光路分離手段と、光路分離手段で分離された戻り光を受光する受光素子とを備え、光路分離手段と受光素子との間の戻り光の光路中に非対称曲面部が設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、光路分離手段と受光素子との間に非対称曲面部を設けたので、従来必要であった収差補正用のマルチレンズを設けることなく、この非対称曲面部により戻り光のコマ収差補正、非点隔差調整を行うことができる。よって、本発明の光ピックアップは、非対称曲面部を他の光学素子と一体化することにより、部品点数の削減や光学系の小型化を可能とする。また、部品点数を削減することで、製造工程を低減し、小型かつ低コストの光ピックアップを提供することが可能となる。
【００２０】
また、本発明によれば、非対称曲面部をプラスチック材料により形成することにより、量産が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を適用した光ピックアップを用いた記録再生装置について、図面を参照して説明する。
【００２２】
本発明が適用された記録再生装置１は、図１に示すように、例えば、ＣＤ(Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、情報の追記が可能とされるＣＤ−Ｒ（Recordable）及びＤＶＤ−Ｒ（Recordable）、情報の書換えが可能とされるＣＤ−ＲＷ（ReWritable）、ＤＶＤ−ＲＷ（ReWritable）、ＤＶＤ＋ＲＷ（ReWritable）等の光ディスクや、さらに発光波長が短い４０５ｎｍ程度（青紫色）の半導体レーザを用いた高密度記録が可能な光ディスクや、光磁気ディスク等の光ディスク２に対して情報の記録及び／又は再生（以下では記録再生と記述する。）を行うことができるようにされている。特に、以下で記録再生装置１は、光ディスク２としてＣＤ又はＤＶＤを用い、これらＣＤ又はＤＶＤから情報の再生あるいは記録を行うものとして説明する。
【００２３】
記録再生装置１は、光ディスク２から情報の記録再生を行う光ピックアップ３と、光ディスク２を回転駆動するディスク回転駆動機構４と、光ピックアップ３を光ディスク２の径方向に移動させる送り機構５と、これら光ピックアップ３、ディスク回転駆動機構４、送り機構５を制御する制御部６とを備えている。
【００２４】
ディスク回転駆動機構４は、光ディスク２が載置されるディスクテーブル７と、このディスクテーブル７を回転駆動するスピンドルモータ８とを有している。送り機構５は図示しないが、光ピックアップ３を支持する支持ベースと、この支持ベースを移動可能に支持する主軸及び副軸と、支持ベースを移動させるスレッドモータとを有している。
【００２５】
制御部６は、図１に示すように、送り機構５を駆動制御して光ディスク２の径方向に対する光ピックアップ３の位置を制御するアクセス制御回路９と、光ピックアップ３の二軸アクチュエータを駆動制御するサーボ回路１０と、これらアクセス制御回路９、サーボ回路１０を制御するドライブコントローラ１１とを有している。また、この制御部６は、光ピックアップ３からの信号を復調処理する信号復調回路１２と、復調処理された信号を誤り訂正する誤り訂正回路１３と、誤り訂正された信号を外部コンピュータ等の電子機器に出力するためのインターフェース１４とを有している。
【００２６】
以上のように構成された記録再生装置１は、ディスク回転駆動機構４のスピンドルモータ８によって、光ディスク２が載置されたディスクテーブル７を回転駆動し、制御部６のアクセス制御回路９からの制御信号に応じて送り機構５を駆動制御し、光ピックアップ３を光ディスク２の所望の記録トラックに対応する位置に移動することで、光ディスク２に対して情報の記録再生を行う。
【００２７】
ここで、上述した光ピックアップの第１〜第４の実施の形態について詳しく説明する。
【００２８】
第１の実施の形態の光ピックアップ２１は、図２に示すように、光源２２と、この光源２２から出射された出射光を光ディスク２上に集光する集光光学素子である対物レンズ２３と、光ディスク２で反射された戻り光の光路を出射光の光路から分離する光路分離手段であるビームスプリッタ２４と、受光部２５とを有している。
【００２９】
この光源２２は、所定の波長又は互いに異なる波長の出射光を出射する半導体レーザである。さらに、この光源２２は、互いに異なる波長の出射光を出射する複数の出射部を有するものであってもよい。本実施例では、この光源２２は、２波長半導体レーザであり、例えば、図３に示すように、波長が例えば７８０ｎｍ程度のレーザ光と波長が例えば６５０ｎｍ程度のレーザ光とを互いに近接して配設された出射部２２ａ、２２ｂとからそれぞれ出射する半導体レーザを有している。この半導体レーザは、発光出力を自動制御するためのモニター用フォトディテクタを有する複合発光素子である。この出射部２２ａ，２２ｂの間隔は１００〜３００μｍ程度とされている。
【００３０】
この光源２２は、光ディスク２がＣＤフォーマットとされた光ディスクである場合に、ドライブコントローラ１１からの制御信号に基づき波長が略７８０ｎｍのレーザ光を出射し、光ディスク２がＤＶＤフォーマットとされた光ディスクである場合に、ドライブコントローラ１１からの制御信号に基づき波長が略６５０ｎｍのレーザ光を出射するように切り換え可能である。
【００３１】
尚、光源２２には、波長が７８０ｎｍ程度及び６５０ｎｍ程度のレーザ光を２つの出射部から出射させる２波長型半導体レーザを用いたが、これに限られるものではなく、波長が４０５ｎｍ程度のレーザ光を出射させる出射部と、波長が７８０ｎｍ程度又は６５０ｎｍ程度のレーザ光を出射させる出射部とを備えるように構成してもよい。さらに、１波長の半導体レーザを用いてもよい。
【００３２】
また、波長が例えば、７８０ｎｍ程度、６５０ｎｍ程度及び４０５ｎｍ程度のレーザ光を出射させる出射部を備えた、３波長型半導体レーザを用いてもよい。尚、３波長型半導体レーザを用いるときには、波長依存性の液晶素子をビームスプリッタと対物レンズとの間に挿脱自在に配置するようにする。３波長型半導体レーザ及び波長依存性の液晶素子を備えた光ピックアップにおいては、３種類の波長に対応した光ディスクの記録及び／又は再生を適切に行うことができる。
【００３３】
集光光学素子である対物レンズ２３は、２つの焦点を有する２波長用の対物レンズ２３である。ここで、この光ピックアップ２１では、光源２２に２つの出射部を有する２波長半導体レーザを用いたため、２波長用の対物レンズ２３を用いたが、光源が１つの波長の光を出射するものを用いた場合は、対物レンズも１波長用のものでもよい。
【００３４】
この対物レンズ２３は、図示しない２軸アクチュエータによって移動自在に支持されている。そして、この対物レンズ２３は、受光部２５により受光された光ディスク２からの戻り光により生成されたトラッキングエラー信号及びフォーカシングエラー信号に基づいて、２軸アクチュエータにより移動操作されることにより、光ディスク２に近接離間する方向及び光ディスク２の径方向の２軸方向へ移動される。そして、対物レンズ２３は、光源２２から出射されるレーザ光が光ディスク２の信号記録面上で常に焦点が合うように、このレーザ光を集束するとともに、この集束されたレーザ光を光ディスク２の信号記録面上に形成された記録トラックに追従させる。
【００３５】
光路分離手段であるビームスプリッタ２４は、例えば、光源２２側に形成されたハーフミラー面２４ａと、光源２２から遠い面に形成された透過面２４ｂとから構成される。そして、ビームスプリッタ２４は、図２に示すように、光源２２と対物レンズ２３との光路の間に設けられる。
【００３６】
このハーフミラー面２４ａは、入射したレーザ光の一部を反射し、残りの一部を透過する。すなわち、光源２２から出射される光ビームのＰ偏光は、略全光量がハーフミラー面２４ａを透過し、Ｓ偏光は、略全光量がハーフミラー面２４ａで反射するような特性の光学薄膜が形成されている。
【００３７】
このビームスプリッタ２４は、光ディスク２で反射された戻り光の光路を出射光の光路から分離し、この光路分離した戻り光を受光部２５側に射出する。
【００３８】
光源２２とビームスプリッタ２４との間には、光路順に、入射した光ビームを回折させて複数の光ビームに分割する３ビーム生成回折格子２６、カップリングレンズ２７が設けられている。
【００３９】
３ビーム生成回折格子２６は、入射したビームを０次光及び±１次光からなる３ビームに分割させて出射する。この３ビーム生成回折格子２６により、分割された複数の光ビームにより、トラッキングエラー信号を得ることができる。
【００４０】
カップリングレンズ２７は、往路と復路の光学距離を調整するためのものであり、３ビーム生成回折格子２６により分割された複数の光ビームを、光学倍率変換させることにより光源２２から出射された光ビームのビーム発散角を調整する。
【００４１】
ビームスプリッタ２４と対物レンズ２３との間には、ビームスプリッタ２４側から順に、通過するレーザ光を平行光とするコリメータレンズ２８と、通過するレーザ光の偏光状態を変える１／４波長板２９と、レーザ光を所定の開口数ＮＡに絞る開口絞り３０とが設けられる。
【００４２】
ここで、対物レンズ２３には、コリメータレンズ２８より径の小さいものが用いられる。そのため、対物レンズ２３がディスクを読むために移動したときも、コリメータレンズ２８と対物レンズ２３の光軸がズレて光が欠けてしまうことはない。開口絞り３０は、対物レンズ２３より径の大きいコリメータレンズ２８を通過した読み取り以外のレーザ光を取り除くために設けられている。
【００４３】
１／４波長板２９は、通過する光ビームの偏光状態を変える。すなわち、通過する往路光を円偏光に変換し、光ディスク２で反射された戻り光を往路光と１／２π異なる偏光方向の直線偏光に変換する。
【００４４】
ビームスプリッタ２４と受光部２５との間には、複合光学素子３１が設けられている。
【００４５】
この複合光学素子３１は、戻り光の入射側の面に光路合成手段としてある特定の波長の光ビームを回折する光路合成ホログラム３１ａと、戻り光の射出側の面にコマ収差補正及び非点隔差調整を行う非対称曲面部３１ｂとを有している。
【００４６】
光路合成ホログラム３１ａは、互いに近接して配設された出射部２２ａ，２２ｂから発射されたレーザ光を受光部２５の同一位置に一致するように回折できる。そして、光路合成ホログラム３１ａに回折されたレーザ光は各々の光路を合成し、同一位置に一致する。この光路合成ホログラム３１ａは、例えば、波長６５０ｎｍのレーザ光を透過し、波長７８０ｎｍのレーザ光を回折することにより、波長６５０ｎｍのレーザ光の光路と同じ光路とさせる。このように、光路合成ホログラム３１ａは、異なる出射部から出たレーザ光を共に受光部２５の同一位置に照射することができる。
【００４７】
非対称曲面部３１ｂは、非対称曲面が形成されており、ビームスプリッタ２４が出射光及び戻り光の光軸に対して垂直に配置されていないことによるコマ収差を補正するとともに、光源２２より出射された光ビームの非点隔差を調整する。
【００４８】
この非対称曲面部３１ｂの非対称曲面は、いわゆる自由曲面であり、例えば、冪級数展開を施した次式（１）によって表される。尚、式（１）において、ｚは、複合光学素子３１の非対称曲面部３１ｂが設けられる側の基準となる面からこの非対称曲面部３１ｂまでの光軸方向の距離を表すものである。また、ｘ及びｙは、光軸に垂直な平面、すなわち複合光学素子３１の基準となる面において、戻り光の光軸を０点としてｘ軸及びｙ軸を所定の方向に設定するものである。ここでは、ｙ軸を短波長のメインビームの光路を含む平面と複合光学素子３１の非対称曲面部３１ｂが設けられる基準となる面との交線方向に設定した。尚、式（１）において、右辺第１項は、ベースとなる二次曲面を表すものであり、曲率半径をｒ、コーニック係数をｋとする。また、右辺第２項以降は、ｎ次までの冪級数展開多項式を表すものであり、ｘの次数をｉ、ｙの次数をｊとしたときの係数をｃｉｊとする。
【００４９】
【数１】
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【００５０】
複合光学素子３１は、樹脂材料を射出成型することにより形成される、尚、複合光学素子３１を形成する材料としては、樹脂材料に限定されるものではなく、硝材等の透光性を有する光学材料を用いることができ、さらにこれらの光学材料の組み合わせにより、部分的に材料構成を変えるようにしてもよい。複合光学素子３１の非対称曲面部３１ｂをプラスチックにより作製することで、量産が容易になる。
【００５１】
受光部２５は、図４に示すように、第１の受光部と第２の受光部からなる。第１の受光部は、戻り光のうち３ビーム生成回折格子２６で分割された０次光であるメインビーム用のフォトディテクタ３２であり、戻り光を受光する受光面が略方形状に形成されており、受光面の中央をとおり互いに直交する一組の分割線により４等分割された各受光領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを有している。
【００５２】
第２の受光部は、３ビーム生成回折格子２６で回折された複数の光ビームの内、±１次光である２つのサイドビームをそれぞれ受光する一組の略方形状のサイドビーム用フォトディテクタ３３，３４である。そして、このサイドビーム用フォトディテクタ３３，３４は、図４に示すように、メインビーム用フォトディテクタ３１を挟んで対向する位置にそれぞれ配置されている。
【００５３】
次に、この光ピックアップ２１における、光源２２から出射されたレーザ光の光路について説明する。
【００５４】
図２に示すように、光源２２の出射部２２ａ，２２ｂより出射した光ビームは、３ビーム生成用回折格子２６で０次回折光（以下メインビームという）及び±１次回折光（以下サイドビームという）からなる３ビームに分割され、カップリングレンズ２７により倍率変換されて、ビームスプリッタ２４のハーフミラー面２４ａでＳ偏光が反射される。このとき、ハーフミラー面２４ａを透過したＰ偏光は、後の工程には影響を及ばさない。
【００５５】
ハーフミラー面２４ａで反射された光ビームは、コリメータレンズ２８を通って平行光となり、１／４波長板２９で円偏光に変換されて、開口絞り３０で所定の開口数に絞られ、対物レンズ２３で光ディスク２の記録面１５上に集光される。
【００５６】
光ディスク２に集光された光は、光ディスク２で反射し、メインビーム及びサイドビーム（以下合わせて戻り光という）は、対物レンズ２３を通過して、１／４波長板２９でＳ偏光に変換され、コリメータレンズ２８により収束光に変換されて、再びビームスプリッタ２４に入射する。
【００５７】
ビームスプリッタ２４に入射した戻り光は、ハーフミラー面２４ａを透過し、さらに、透過面２４ｂを透過されて出射される。この戻り光は、Ｓ偏光であるので、略全量ハーフミラー面２４ａを透過される。このビームスプリッタ２４から出射する戻り光は、光源２２から出射されビームスプリッタ２４に入射する出射光の光路から分離され、受光部２５側に射出される。
【００５８】
透過面２４ｂを通過して出射された戻り光は、複合光学素子３１に入射する際に、光路合成ホログラム３１ａにおいて、２波長半導体レーザの近接して設けられる互いに異なる波長の出射光を出射する出射部２２ａ，２２ｂから射出される長波長の出射光と短波長の出射光の光軸が受光部２５への入射位置で一致するように回折して射出される。
【００５９】
この互いに異なる波長の出射光を出射する出射部２２ａ，２２ｂから出射される出射光の光軸が受光部２５で一致することについて、さらに詳しく説明する。
【００６０】
すなわち、出射部２２ｂは、対物レンズ２３の光軸上に配設されている。出射部２２ｂから出射された短波長用のレーザ光は、対物レンズ２３の光軸を通過して短波長用のディスクで反射される。これに対し、出射部２２ａは、光軸から１００〜３００μｍ程度離間して配設されている。このように、出射部２２ａから出射された長波長用のレーザ光は、対物レンズ２３の中心で出射部２２ｂから出射されたレーザ光と交差し、長波長用のディスク２ａで反射される。
【００６１】
長波長用のレーザ光は、光路合成ホログラム３１ａに入射したとき、短波長用レーザ光と離間している。この長波長用のレーザ光は、光路合成ホログラム３１ａにより、回折され、短波長用レーザ光の光軸に合わせられる。すなわち、光路合成ホログラム３１ａは、出射部２２ａ，２２ｂから出射されたレーザ光の光路を合成し、後述する受光部２５に入射するときは、同一位置に合わすことができる。このとき、短波長用レーザ光は、光路合成ホログラム３１ａを透過される。
【００６２】
このとき、出射部２２ｂを光軸上に配設したのは、出射部２２ｂから出射されるレーザ光の波長が出射部２２ａから出射されるレーザ光の波長より短く、対物レンズ２３での集光精度が必要となるからである。出射部２２ｂを光軸上に配設することで、厳しい位置精度を必要とすることなく良好なエラー信号を得ることができる。
【００６３】
光路合成ホログラム３１ａで光路合成された戻り光は、非対称曲面部３１ｂにおいて、コマ収差補正及び非点隔差調整がなされる。
【００６４】
複合光学素子３１の非対称曲面部３１ｂでコマ収差補正及び非点隔差調整がなされた戻り光のうちメインビームは、メインビーム用フォトディティタ３２の受光領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに入射する。また、複合光学素子３１の非対称曲面部３１ｂから射出された戻り光のうちサイドビームは、サイドビーム用フォトディテクタ３３，３４に入射する。
【００６５】
以上のような光学系で構成された光ピックアップ及びこれを用いた記録再生装置において、フォーカシングエラー信号は、いわゆる非点収差法により得ることができる。すなわち、メインビーム用フォトディテクタ３１の４つの受光面Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄからの出力をそれぞれＳＡ、ＳＢ、ＳＣ、ＳＤとすると、フォーカシングエラー信号ＦＥは、式（２）から得ることができ、このフォーカシングエラー信号ＦＥによりフォーカシングサーボを行うようにしている。
ＦＥ＝（ＳＡ＋ＳＣ）−（ＳＢ＋ＳＤ）・・・・（２）
また、トラッキングエラー信号については、いわゆる３ビーム方式により得ることができる。すなわち、３ビーム生成回折格子２６で分割された±１次光をそれぞれサイドビーム用フォトディテクタ３２，３３で受光し、±１次光の各出力の差分を検出することによってトラッキングサーボを行うようにしている。
【００６６】
本発明を適用した光ピックアップ２１では、受光部２５とビームスプリッタ２４と間の複合光学素子３１の射出側に非対称曲面部３１ｂを設けたので、従来のようにマルチレンズを設けることなく、少ない面数でより良好にコマ収差補正と非点隔差調整を行うことが可能となる。したがって、マルチレンズを削減するとともに、この非対称曲面部を他の光学素子と一体化することにより、部品点数を減らし、光ピックアップの小型化を可能とする。さらに、部品点数を削減することにより、製造工程を低減し、光ピックアップの製作において低コスト化を実現するものである。
【００６７】
尚、この光ピックアップ２１において、非対称曲面部３１ｂは、ビームスプリッタ２４と受光部２５との間の複合光学素子３１の射出側の面に設けたが、ビームスプリッタ２４の射出側に設けてもよい。
【００６８】
次に、非対称曲面部がビームスプリッタの射出側に形成された第２の実施の形態の光ピックアップ４１について説明する。尚、以下の説明において、上述した光ピックアップ２１と共通する部分については、共通の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６９】
第２の実施の形態の光ピックアップ４１は、図５に示すように、光源２２と、この光源２２から出射された出射光を光ディスク２上に集光する集光光学素子である対物レンズ２３と、光ディスク２で反射された戻り光の光路を出射光の光路から分離する光路分離手段であるビームスプリッタ４４と、受光部２５とを有している。
【００７０】
光路分離手段であるビームスプリッタ４４は、例えば、光源２２側に形成されたハーフミラー面４４ａと、光源２２から遠い面に形成された透過面４４ｂとから構成される。また、ビームスプリッタ４４の透過面４４ｂには、コマ収差補正及び非点隔差調整を行う非対称曲面部４４ｃが設けられる。そして、ビームスプリッタ４４は、図５に示すように、光源２２と対物レンズ２３との光路の間に設けられる。
【００７１】
このハーフミラー面４４ａは、入射したレーザ光の一部を反射し、残りの一部を透過する。すなわち、光源２２から出射される光ビームのＰ偏光は、略全光量がハーフミラー面４４ａを透過し、Ｓ偏光は、略全光量がハーフミラー面４４ａで反射するような特性の光学薄膜が形成されている。
【００７２】
非対称曲面部４４ｃは、非対称曲面が形成されており、ビームスプリッタ４４が出射光及び戻り光の光軸に対して垂直に配置されていないことによるコマ収差を補正するとともに、光源２２より出射された光ビームの非点隔差を調整する。
【００７３】
この非対称曲面部４４ｃの非対称曲面は、非対称曲面部３１ｂと同様に、いわゆる自由曲面であり、例えば、冪級数展開を施した上述の式（１）によって表される。尚、式（１）において、ｚは、ビームスプリッタ４４の非対称曲面部４４ｃが設けられる側の基準となる面からこの非対称曲面部４４ｃまでの光軸方向の距離を表すものである。また、ｘ及びｙは、光軸に垂直な平面、すなわちビームスプリッタ４４の基準となる面において、戻り光の光軸を０点としてｘ軸及びｙ軸を所定の方向に設定するものである。ここでは、ｙ軸を短波長のメインビームの光路を含む平面と、ビームスプリッタ４４の非対称曲面部４４ｃが設けられる基準となる面との交線方向に設定した。尚、式（１）において、右辺第１項は、ベースとなる二次曲面を表すものであり、曲率半径をｒ、コーニック係数をｋとする。また、右辺第２項以降は、ｎ次までの冪級数展開多項式を表すものであり、ｘの次数をｉ、ｙの次数をｊとしたときの係数をｃｉｊとする。
【００７４】
このビームスプリッタ４４は、光ディスク２で反射された戻り光の光路を出射光の光路から分離し、この光路分離した戻り光を受光部２５側に射出する。
【００７５】
光源２２とビームスプリッタ４４との間には、光路順に、入射した光ビームを回折させて複数の光ビームに分割する３ビーム生成回折格子２６、カップリングレンズ２７が設けられている。
【００７６】
ビームスプリッタ４４と対物レンズ２３との間には、ビームスプリッタ４４側から順に、通過するレーザ光を平行光とするコリメータレンズ２８と、通過するレーザ光の偏光状態を変える１／４波長板２９と、レーザ光を所定の開口数ＮＡに絞る開口絞り３０とが設けられる。
【００７７】
ビームスプリッタ４４と受光部２５との間には、光路合成ホログラム面５１ａを有した光学素子５１が設けられている。この光路合成ホログラム面５１ａは、例えば、光学素子５１の戻り光の入射側の面に設けられ、光路合成手段としてある特定の波長の光ビームを回折する。
【００７８】
光路合成ホログラム５１ａは、互いに近接して配設された出射部２２ａ，２２ｂから発射されたレーザ光を受光部２５の同一位置に一致するように回折できる。そして、光路合成ホログラム５１ａに回折されたレーザ光は各々の光路を合成し、同一位置に一致する。この光路合成ホログラム５１ａは、例えば、波長６５０ｎｍのレーザ光を透過し、波長７８０ｎｍのレーザ光を回折することにより、波長６５０ｎｍのレーザ光の光路と同じ光路とさせる。このように、光路合成ホログラム５１ａは、異なる出射部から出たレーザ光を共に受光部２５の同一位置に照射することができる。
【００７９】
次に、この光ピックアップ４１における、光源２２から出射されたレーザ光の光路について説明する。
【００８０】
図５に示すように、光源２２の出射部２２ａ，２２ｂより出射した光ビームは、３ビーム生成用回折格子２６で０次回折光（以下メインビームという）及び±１次回折光（以下サイドビームという）からなる３ビームに分割され、カップリングレンズ２７により倍率変換されて、ビームスプリッタ４４のハーフミラー面４４ａでＳ偏光が反射される。このとき、ハーフミラー面４４ａを透過したＰ偏光は、後の工程には影響を及ばさない。
【００８１】
ハーフミラー面４４ａで反射された光ビームは、コリメータレンズ２８を通って平行光となり、１／４波長板２９で円偏光に変換されて、開口絞り３０で所定の開口数に絞られ、対物レンズ２３で光ディスク２の記録面１５上に集光される。
【００８２】
光ディスク２に集光された光は、光ディスク２で反射し、メインビーム及びサイドビーム（以下合わせて戻り光という）は、対物レンズ２３を通過して、１／４波長板２９でＳ偏光に変換され、コリメータレンズ２８により収束光に変換されて、再びビームスプリッタ４４に入射する。
【００８３】
ビームスプリッタ４４に入射した戻り光は、ハーフミラー面４４ａを透過し、さらに、透過面４４ｂを透過されて出射される。透過面４４ｂを透過して射出される戻り光は、ビームスプリッタ４４の透過面４４ｂに設けられた非対称曲面部４４ｃにおいて、コマ収差補正及び非点隔差調整がなされる。この戻り光は、Ｓ偏光であるので、略全量ハーフミラー面４４ａを透過される。このビームスプリッタ４４から出射する戻り光は、光源２２から出射されビームスプリッタ４４に入射する出射光の光路から分離され、受光部２５側に射出される。
【００８４】
非対称曲面部４４ｃでコマ収差補正及び非点隔差調整がなされた戻り光は、光学素子５１に入射する際に、光路合成ホログラム５１ａにおいて、２波長半導体レーザの近接して設けられる互いに異なる波長の出射光を出射する出射部２２ａ，２２ｂから射出される長波長の出射光と短波長の出射光の光軸が受光部２５への入射位置で一致するように回折して射出される。
【００８５】
この光路合成ホログラム５１ａにおいて、互いに異なる波長の出射光を出射する出射部２２ａ，２２ｂから出射される出射光の光軸が受光部２５で一致することについては、上述の光路合成ホログラム３１ａのときと同様であるので省略する。
【００８６】
光路合成ホログラム５１ａで光路合成された戻り光のうちメインビームは、メインビーム用フォトディティタ３２の受光領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに入射する。また、非対称曲面部４４ｃから射出された戻り光のうちサイドビームは、サイドビーム用フォトディテクタ３３，３４に入射する。
【００８７】
以上のような光学系で構成された光ピックアップ４１において、フォーカシングエラー信号及びトラッキングエラー信号の算出方法については、先に述べた光ピックアップ２１のときと同様であるので、省略する。この得られたフォーカシングエラー信号によりフォーカス位置を適正に制御でき、トラッキングエラー信号によりトラッキングサーボを行うことができる。
【００８８】
本発明を適用した光ピックアップ４１では、受光部２５とビームスプリッタ４４と間のビームスプリッタ４４の射出側の透過面４４ｂに非対称曲面部４４ｃを設けたので、従来のようにマルチレンズを設けることなく、少ない面数でより良好にコマ収差補正と非点隔差調整を行うことが可能となる。したがって、マルチレンズを削減するとともに、この非対称曲面部を他の光学素子と一体化することにより、部品点数を減らし、光ピックアップの小型化を可能とする。さらに、部品点数を削減することにより、製造工程を低減し、光ピックアップの製作において低コスト化を実現するものである。
【００８９】
尚、本発明を適用した光ピックアップ４１において、光源に１波長用の半導体レーザを用いた場合には、光路合成ホログラム５１ａを有する光学素子５１を設ける必要がなく、さらに、部品点数を削減することが可能となる。
【００９０】
尚、光ピックアップ２１及び光ピックアップ４１においては、ハーフミラー面と透過面とからなるビームスプリッタにより、戻り光の光路を出射光の光路から分離して出射部と異なる位置に配置された受光部に出射するように構成したが、ハーフミラー面とミラー面とからなる光路分離手段を用いて、戻り光の光路と出射光の光路を平行に分離するように構成してもよい。戻り光の光路と出射光の光路とを平行にする光路分離手段を用いることにより、３ビーム生成回折格子、カップリングレンズ、非対称曲面部及び光路合成ホログラムを一体化した複合光学素子とすることが可能となる。
【００９１】
次に、ハーフミラー面及びミラー面からなる光路分離手段と、３ビーム生成回折格子、カップリングレンズ、非対称曲面部及び光路合成ホログラムを有した複合光学素子とを備えた第３の実施の形態の光ピックアップ６１について説明する。尚、以下の説明において、上述した光ピックアップ２１と共通する部分については、共通の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９２】
第３の実施の形態の光ピックアップ６１は、図６に示すように、光源２２と、この光源２２から出射された出射光を光ディスク２上に集光する集光光学素子である対物レンズ２３と、光ディスク２で反射された戻り光の光路を出射光の光路から分離する光路分離手段であるビームスプリッタ６４と、受光部２５とを有している。
【００９３】
光路分離手段であるビームスプリッタ６４は、例えば、光源２２側に形成されたハーフミラー面６４ａと、光源２２から遠い面に形成されたミラー面６４ｂとから構成される。そして、ビームスプリッタ６４は、図６に示すように、光源２２と対物レンズ２３との光路の間に設けられる。
【００９４】
このハーフミラー面６４ａは、入射したレーザ光の一部を反射し、残りの一部を透過する。すなわち、光源２２から出射される光ビームのＰ偏光は、略全光量がハーフミラー面６４ａを透過し、Ｓ偏光は、略全光量がハーフミラー面６４ａで反射するような特性の光学薄膜が形成されている。ミラー面６４ｂは、ハーフミラー面６４ａを透過したレーザ光を全量反射するように形成されている。
【００９５】
このビームスプリッタ６４は、光ディスク２で反射された戻り光の光路を出射光の光路から分離し、この光路分離した戻り光を光源２２からの出射光と平行にする。
【００９６】
ビームスプリッタ６４と対物レンズ２３との間には、ビームスプリッタ２４側から順に、通過するレーザ光を平行光とするコリメータレンズ２８と、通過するレーザ光の偏光状態を変える１／４波長板２９と、レーザ光を所定の開口数ＮＡに絞る開口絞り３０とが設けられる。
【００９７】
光源２２とビームスプリッタ６４との間には、複合光学素子７１が設けられている。複合光学素子７１は、光源２２からの出射光が入射する往路側には、入射した光ビームを回折させて複数の光ビームに分割する３ビーム生成回折格子７１ａと、カップリングレンズ面７１ｂとを有している。また、複合光学素子７１は、光ディスク２で反射された戻り光が入射する復路側には、コマ収差補正及び非点隔差調整を行う非対称曲面部７１ｃと、ある特定の波長の光ビームを回折する光路合成ホログラム７１ｄとを有している。
【００９８】
３ビーム生成回折格子７１ａは、入射したビームを０次光及び±１次光からなる３ビームに分割させて出射する。この３ビーム生成回折格子７１により、分割された複数の光ビームにより、トラッキングエラー信号を得ることができる。
【００９９】
カップリングレンズ面７１ｂは、往路と復路の光学距離を調整するためのものであり、３ビーム生成回折格子７１ａにより分割された複数の光ビームを、光学倍率変換させることにより光源２２から出射された光ビームのビーム発散角を調整する。
【０１００】
非対称曲面部７１ｃは、非対称曲面が形成されており、ビームスプリッタ６４が出射光及び戻り光の光軸に対して垂直に配置されていないことによるコマ収差を補正するとともに、光源２２より出射された光ビームの非点隔差を調整する。
【０１０１】
この非対称曲面部７１ｃの非対称曲面は、非対称曲面部３１ｂと同様に、いわゆる自由曲面であり、例えば、冪級数展開を施した上述の式（１）によって表される。尚、式（１）において、ｚは、複合光学素子７１の非対称曲面部７１ｃが設けられる側の基準となる面からこの非対称曲面部７１ｃまでの光軸方向の距離を表すものである。また、ｘ及びｙは、光軸に垂直な平面、すなわち複合光学素子７１の基準となる面において、戻り光の光軸を０点としてｘ軸及びｙ軸を所定の方向に設定するものである。ここでは、ｙ軸を短波長のメインビームの光路を含む平面と複合光学素子７１の非対称曲面部７１ｃが設けられる基準となる面との交線方向に設定した。尚、式（１）において、右辺第１項は、ベースとなる二次曲面を表すものであり、曲率半径をｒ、コーニック係数をｋとする。また、右辺第２項以降は、ｎ次までの冪級数展開多項式を表すものであり、ｘの次数をｉ、ｙの次数をｊとしたときの係数をｃｉｊとする。
【０１０２】
光路合成ホログラム７１ｄは、互いに近接して配設された出射部２２ａ，２２ｂから発射されたレーザ光を受光部２５の同一位置に一致するように回折できる。そして、光路合成ホログラム７１ｄに回折されたレーザ光は各々の光路を合成し、同一位置に一致する。この光路合成ホログラム７１ｄは、例えば、波長６５０ｎｍのレーザ光を透過し、波長７８０ｎｍのレーザ光を回折することにより、波長６５０ｎｍのレーザ光の光路と同じ光路とさせる。このように、光路合成ホログラム７１ｄは、異なる出射部から出たレーザ光を共に受光部２５の同一位置に照射することができる。
【０１０３】
複合光学素子７１は、樹脂材料を射出成型することにより形成される、尚、複合光学素子７１を形成する材料としては、樹脂材料に限定されるものではなく、硝材等の透光性を有する光学材料を用いることができ、さらにこれらの光学材料の組み合わせにより、部分的に材料構成を変えるようにしてもよい。複合光学素子７１の非対称曲面部７１ｂをプラスチック等の合成樹脂により作製することで、量産が容易になる。
【０１０４】
次に、この光ピックアップ６１における、光源２２から出射されたレーザ光の光路について説明する。
【０１０５】
図６に示すように、光源２２の出射部２２ａ，２２ｂより出射した光ビームは、３ビーム生成用回折格子７１ａで０次回折光（以下メインビームという）及び±１次回折光（以下サイドビームという）からなる３ビームに分割され、カップリングレンズ面７１ｂにより倍率変換されて、ビームスプリッタ６４のハーフミラー面６４ａでＳ偏光が反射される。このとき、ハーフミラー面６４ａを透過したＰ偏光は、後の工程には影響を及ばさない。
【０１０６】
ハーフミラー面６４ａで反射された光ビームは、コリメータレンズ２８を通って平行光となり、１／４波長板２９で円偏光に変換されて、開口絞り３０で所定の開口数に絞られ、対物レンズ２３で光ディスク２の記録面１５上に集光される。
【０１０７】
光ディスク２に集光された光は、光ディスク２で反射し、メインビーム及びサイドビーム（以下合わせて戻り光という）は、対物レンズ２３を通過して、１／４波長板２９でＳ偏光に変換され、コリメータレンズ２８により収束光に変換されて、再びビームスプリッタ６４に入射する。
【０１０８】
ビームスプリッタ６４に入射した戻り光は、ハーフミラー面６４ａを透過し、ミラー面６４ｂで反射して再度ハーフミラー面６４ａを通過して出射される。この戻り光は、Ｓ偏光であるので、略全量ハーフミラー面６４ａを透過される。このビームスプリッタ６４から出射する戻り光は、光源２２から出射されビームスプリッタ６４に入射する出射光の光路から分離されて平行とされる。
【０１０９】
ハーフミラー面６４ａを通過して出射された戻り光は、複合光学素子７１に入射する際に、非対称曲面部７１ｃにおいて、コマ収差補正及び非点隔差調整がなされる。
【０１１０】
非対称曲面部７１ｃでコマ収差補正及び非点隔差調整がなされた戻り光は、光路合成ホログラム７１ｄにおいて、光路合成ホログラム７１ｄにおいて、２波長半導体レーザの近接して設けられる互いに異なる波長の出射光を出射する出射部２２ａ，２２ｂから射出される長波長の出射光と短波長の出射光の光軸が受光部２５への入射位置で一致するように回折して射出される。
【０１１１】
この光路合成ホログラム７１ｄにおいて、互いに異なる波長の出射光を出射する出射部２２ａ，２２ｂから出射される出射光の光軸が受光部２５で一致することについては、上述の光路合成ホログラム３１ａのときと同様であるので省略する。
【０１１２】
複合光学素子７１の光路合成ホログラム７１ｄで光路合成された戻り光のうちメインビームは、メインビーム用フォトディティタ３２の受光領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに入射する。また、複合光学素子７１の光路合成ホログラム７１ｄから射出された戻り光のうちサイドビームは、サイドビーム用フォトディテクタ３３，３４に入射する。
【０１１３】
以上のような光学系で構成された光ピックアップ６１において、フォーカシングエラー信号及びトラッキングエラー信号の算出方法については、先に述べた光ピックアップ２１のときと同様であるので、省略する。この得られたフォーカシングエラー信号によりフォーカス位置を適正に制御でき、トラッキングエラー信号によりトラッキングサーボを行うことができる。
【０１１４】
本発明を適用した光ピックアップ６１では、受光部２５とビームスプリッタ６４と間の複合光学素子７１の戻り光が入射する側の面に非対称曲面部７１ｃを設けたので、従来のようにマルチレンズを設けることなく、少ない面数でより良好にコマ収差補正と非点隔差調整を行うことが可能となる。したがって、マルチレンズを削減するとともに、この非対称曲面部を他の光学素子と一体化することにより、部品点数を減らし、光ピックアップの小型化を可能とする。さらに、部品点数を削減することにより、製造工程を低減し、光ピックアップの製作において低コスト化を実現するものである。
【０１１５】
また、本発明を適用した光ピックアップ６１は、ハーフミラー面６４ａとミラー面６４ｂを備えたビームスプリッタ６４が光路分離された戻り光を光源からの出射光と平行にするので、光路分離手段の設置角度や厚みに影響を受けにくく、良好なフォーカシングエラー信号を得ることができ、さらに、光ピックアップの小型化を可能とする。
【０１１６】
さらに、本発明に係る光ピックアップ６１によれば、往路光、復路光共に同じ光学素子を通過させる構成であることにより、従来では受発光部の厳しい位置精度により決定されていた、光ピックアップのベース部分の形状や製造方法、あるいはその他の部品の形状や配置方法の選択範囲が拡大できる。例えば、ある光学素子が傾斜することによって往路光の軸ズレが発生しても、復路光が再びその素子を通過することで、そのズレをキャンセルすることで取り除き、受発光部の相対位置が変化することはない。したがって、部品精度による信頼性が向上し、且つ、設計時の自由度を増大させ、製造方法の選択肢を増やすことができ、光ピックアップのコスト抑制が可能となる。このように、低コスト且つ高信頼性の光ピックアップ及びこれを用いた記録再生装置を提供することが可能である。
【０１１７】
尚、光ピックアップ６１では、１つの複合光学素子７１に３ビーム生成回折格子７１ａ、カップリングレンズ面７１ｂ、非対称曲面部７１ｃ及び光路合成ホログラム７１ｄを設けたが、複数の複合光学素子により組み合わせてもよい。また、ここでは、複合光学素子７１の往路側にカップリングレンズ面７１ｂを設けたが、復路側にカップリングレンズを設けてもよい。また、ここでは、複合光学素子７１の復路側に光路合成ホログラム７１ｄを設けたが、往路側に設けてもよい。
【０１１８】
また、光ピックアップ６１において、複合光学素子７１の非対称曲面部及びカップリングレンズ面は、光ビームの往路側の領域と復路側の領域とに別々に形成されたが、複合光学素子の片側の面に一体に形成するように構成してもよい。
【０１１９】
次に、複合光学素子の片側の面に非対称曲面部とカップリングレンズ部が一体に設けられた複合光学面を備えた第４の実施の形態の光ピックアップ８１について説明する。尚、以下の説明において、上述した光ピックアップ２１及び光ピックアップ６１と共通する部分については、共通の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１２０】
第４の実施の形態の光ピックアップ８１は、図７に示すように、光源２２と、この光源２２から出射された出射光を光ディスク２上に集光する集光光学素子である対物レンズ２３と、光ディスク２で反射された戻り光の光路を出射光の光路から分離する光路分離手段であるビームスプリッタ６４と、受光部２５とを有している。
【０１２１】
光路分離手段であるビームスプリッタ６４は、例えば、光源２２側に形成されたハーフミラー面６４ａと、光源２２から遠い面に形成されたミラー面６４ｂとから構成される。そして、ビームスプリッタ６４は、図７に示すように、光源２２と対物レンズ２３との光路の間に設けられる。
【０１２２】
このビームスプリッタ６４は、光ディスク２で反射された戻り光の光路を出射光の光路から分離し、この光路分離した戻り光を光源２２からの出射光と平行にする。
【０１２３】
ビームスプリッタ６４と対物レンズ２３との間には、ビームスプリッタ２４側から順に、通過するレーザ光を平行光とするコリメータレンズ２８と、通過するレーザ光の偏光状態を変える１／４波長板２９と、レーザ光を所定の開口数ＮＡに絞る開口絞り３０とが設けられる。
【０１２４】
光源２２とビームスプリッタ６４との間には、複合光学素子８２が設けられている。複合光学素子８２は、光源２２からの出射光が入射する往路側であって入射側の面には、入射した光ビームを回折させて複数の光ビームに分割する３ビーム生成回折格子８２ａを有しており、光ディスク２で反射された戻り光が入射する復路側であって出射側の面には、ある特定の波長の光ビームを回折する光路合成ホログラム８２ｂを有している。すなわち、３ビーム生成回折格子８２ａ及び光路合成ホログラム８２ｂは、複合光学素子８２の同一面内に形成されている。
【０１２５】
また、複合光学素子８２は、３ビーム生成回折格子８２ａ及び光路合成ホログラム８２ｂが設けられた面と反対側の面に、カップリングレンズ部８２ｄと、コマ収差補正及び非点隔差調整を行う非対称曲面部８２ｅとを有する複合光学面８２ｃを備える。すなわち、複合光学面８２ｃのカップリングレンズ部８２ｄは、複合光学素子８２の光源２２からの出射光が入射する往路側であって出射側の面に形成されている。また、複合光学面８２ｃの非対称曲面部８２ｅは、複合光学素子８２の光ディスク２で反射された戻り光が入射する往路側であって入射側の面に形成されている。
【０１２６】
３ビーム生成回折格子８２ａは、入射したビームを０次光及び±１次光からなる３ビームに分割させて出射する。この３ビーム生成回折格子７１により、分割された複数の光ビームにより、トラッキングエラー信号を得ることができる。
【０１２７】
光路合成ホログラム８２ｂは、互いに近接して配設された出射部２２ａ，２２ｂから発射されたレーザ光を受光部２５の同一位置に一致するように回折できる。そして、光路合成ホログラム８２ｂに回折されたレーザ光は各々の光路を合成し、同一位置に一致する。この光路合成ホログラム８２ｂは、例えば、波長６５０ｎｍのレーザ光を透過し、波長７８０ｎｍのレーザ光を回折することにより、波長６５０ｎｍのレーザ光の光路と同じ光路とさせる。このように、光路合成ホログラム８２ｂは、異なる出射部から出たレーザ光を共に受光部２５の同一位置に照射することができる。
【０１２８】
複合光学素子８２の複合光学面８２ｃは、いわゆる軸対称非球面であり、例えば、次式（３）によって表される。尚、式（３）において、ｚは、複合光学素子８１の複合光学面８２ｃが設けられる側の基準となる面からこの複合光学面８２ｃまでの光軸方向の距離を表すものである。また、ｈは、光軸に垂直な平面、すなわち複合光学素子８２の基準となる面において、往路側の光軸を０点としてｘ軸及びｙ軸を所定の方向に設定し、ｘｙ平面内における光軸からの距離を表すものとする。
【０１２９】
【数２】
2005353174.tif 000004
【０１３０】
複合光学面８２ｃのカップリングレンズ部８２ｄは、往路と復路の光学距離を調整するためのものであり、３ビーム生成回折格子７１ａにより分割された複数の光ビームを、光学倍率変換させることにより光源２２から出射された光ビームのビーム発散角を調整する。
【０１３１】
複合光学面８２ｃの非対称曲面部８２ｅは、出射光を基準に形成された軸対称非球面に形成された複合光学面８２ｃの一部分に形成される。すなわち、出射光の光軸を基準に形成された軸対称非球面のうち戻り光が入射する、いわゆる復路光の光学有効領域は、戻り光の光軸を基準とすると、非対称曲面である。
【０１３２】
すなわち、往路光の光軸を基準に形成された式（３）で表される軸対称非球面を、復路光の光軸を基準に整理して非対称曲面部８２ｅの形状を求める。さらに具体的に説明すると、上述の式（３）に、次式（４）を代入して座標変換して整理するとベースとなる二次曲面と冪級数展開されたｘとｙとの多項式の和で表された式（５）が得られる。
【０１３３】
【数３】
2005353174.tif 000005
【０１３４】
尚、式（５）において、ｚは、複合光学素子８１の複合光学面８２ｃが設けられる側の基準となる面からこの複合光学面８２ｃまでの光軸方向の距離を表すものである。また、ｘ及びｙは、光軸に垂直な平面、すなわち複合光学素子８２の基準となる面において、戻り光の光軸を０点としてｘ軸及びｙ軸を所定の方向に設定するものである。ここでは、ｙ軸を短波長のメインビームの光路を含む平面と複合光学素子８２の複合光学面８２ｃが設けられる基準となる面との交線方向に設定し、さらに、往路側の光軸から復路側の光軸に向く方向をｙ軸の正方向とする。また、ａは、往路側の光軸と復路側の光軸とのｘｙ平面における距離を表すものである。式（５）において、右辺第１項は、ベースとなる、シフト成分ａを含んだ二次曲面を表すものであり、右辺第２項以降は、ｎ次までの冪級数展開多項式を表すものであり、ｘの次数をｉ、ｙの次数をｊとしたときの係数をｃ’ｉｊとする。
【０１３５】
軸対称非球面に形成された複合光学面８２ｃの復路光の光学有効領域に形成された非対称曲面部８２ｅは、復路光の光軸を基準とすると、式（５）に示す非対称曲面であり、これは、上述の非対称曲面部３１ｂを表す式（１）と略等価であり、非対称曲面部３１ｂと同様に、ビームスプリッタ６４が出射光及び戻り光の光軸に対して垂直に配置されていないことによるコマ収差を補正するとともに、光源２２より出射された光ビームの非点隔差を調整する。
【０１３６】
複合光学素子８２は、樹脂材料を射出成型することにより形成される、尚、複合光学素子８２を形成する材料としては、樹脂材料に限定されるものではなく、硝材等の透光性を有する光学材料を用いることができ、さらにこれらの光学材料の組み合わせにより、部分的に材料構成を変えるようにしてもよい。複合光学素子８２の複合光学面８２ｃをプラスチック等の合成樹脂により作製することで、量産が容易になる。
【０１３７】
次に、この光ピックアップ８１における、光源２２から出射されたレーザ光の光路について説明する。
【０１３８】
図７に示すように、光源２２の出射部２２ａ，２２ｂより出射した光ビームは、３ビーム生成用回折格子８１ａで０次回折光（以下メインビームという）及び±１次回折光（以下サイドビームという）からなる３ビームに分割され、複合光学面８２ｃのカップリングレンズ部８２ｄにより倍率変換されて、ビームスプリッタ６４のハーフミラー面６４ａでＳ偏光が反射される。このとき、ハーフミラー面６４ａを透過したＰ偏光は、後の工程には影響を及ばさない。
【０１３９】
ハーフミラー面６４ａで反射された光ビームは、コリメータレンズ２８を通って平行光となり、１／４波長板２９で円偏光に変換されて、開口絞り３０で所定の開口数に絞られ、対物レンズ２３で光ディスク２の記録面１５上に集光される。
【０１４０】
光ディスク２に集光された光は、光ディスク２で反射し、メインビーム及びサイドビーム（以下合わせて戻り光という）は、対物レンズ２３を通過して、１／４波長板２９でＳ偏光に変換され、コリメータレンズ２８により収束光に変換されて、再びビームスプリッタ６４に入射する。
【０１４１】
ビームスプリッタ６４に入射した戻り光は、ハーフミラー面６４ａを透過し、ミラー面６４ｂで反射して再度ハーフミラー面６４ａを通過して出射される。この戻り光は、Ｓ偏光であるので、略全量ハーフミラー面６４ａを透過される。このビームスプリッタ６４から出射する戻り光は、光源２２から出射されビームスプリッタ６４に入射する出射光の光路から分離されて平行とされる。
【０１４２】
ハーフミラー面６４ａを通過して出射された戻り光は、複合光学素子８２に入射する際に、複合光学面８２ｃの非対称曲面部８２ｅにおいて、コマ収差補正及び非点隔差調整がなされる。
【０１４３】
複合光学面８２ｃの非対称曲面部８２ｅでコマ収差補正及び非点隔差調整がなされた戻り光は、光路合成ホログラム８２ｂにおいて、光路合成ホログラム７１ｄにおいて、２波長半導体レーザの近接して設けられる互いに異なる波長の出射光を出射する出射部２２ａ，２２ｂから射出される長波長の出射光と短波長の出射光の光軸が受光部２５への入射位置で一致するように回折して射出される。
【０１４４】
この光路合成ホログラム８２ｂにおいて、互いに異なる波長の出射光を出射する出射部２２ａ，２２ｂから出射される出射光の光軸が受光部２５で一致することについては、上述の光路合成ホログラム３１ａのときと同様であるので省略する。
【０１４５】
複合光学素子８２の光路合成ホログラム８２ｂで光路合成された戻り光のうちメインビームは、メインビーム用フォトディティタ３２の受光領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに入射する。また、複合光学素子８２の光路合成ホログラム８２ｂから射出された戻り光のうちサイドビームは、サイドビーム用フォトディテクタ３３，３４に入射する。
【０１４６】
以上のような光学系で構成された光ピックアップ８１において、フォーカシングエラー信号及びトラッキングエラー信号の算出方法については、先に述べた光ピックアップ２１のときと同様であるので、省略する。この得られたフォーカシングエラー信号によりフォーカス位置を適正に制御でき、トラッキングエラー信号によりトラッキングサーボを行うことができる。
【０１４７】
本発明を適用した光ピックアップ８１では、受光部２５とビームスプリッタ６４と間の複合光学素子８２の片側の面に形成された複合光学面８２ｃの戻り光が入射する側の面に非対称曲面部８２ｅを設けたので、従来のようにマルチレンズを設けることなく、少ない面数でより良好にコマ収差補正と非点隔差調整を行うことが可能となる。したがって、マルチレンズを削減するとともに、この非対称曲面部を他の光学素子と一体化することにより、部品点数を減らし、光ピックアップの小型化を可能とする。さらに、部品点数を削減することにより、製造工程を低減し、光ピックアップの製作において低コスト化を実現するものである。さらに、カップリングレンズ部８２ｄと非対称曲面部８２ｅとが一体化され同一面に形成されているので、この複合光学素子の製作誤差を低減することができ、製作誤差による品質低下を防止できる。また、この複合光学素子の製作に用いる金型等の設計を簡素化して、製作時の工程を削減することで、さらに製作を容易とし、低コスト化を実現するものである。
【０１４８】
また、本発明を適用した光ピックアップ８１は、ハーフミラー面６４ａとミラー面６４ｂを備えたビームスプリッタ６４が光路分離された戻り光を光源からの出射光と平行にするので、光路分離手段の設置角度や厚みに影響を受けにくく、良好なフォーカシングエラー信号を得ることができ、さらに、光ピックアップの小型化を可能とする。
【０１４９】
さらに、本発明に係る光ピックアップ８１によれば、往路光、復路光共に同じ光学素子を通過させる構成であることにより、従来では受発光部の厳しい位置精度により決定されていた、光ピックアップのベース部分の形状や製造方法、あるいはその他の部品の形状や配置方法の選択範囲が拡大できる。例えば、ある光学素子が傾斜することによって往路光の軸ズレが発生しても、復路光が再びその素子を通過することで、そのズレをキャンセルすることで取り除き、受発光部の相対位置が変化することはない。したがって、部品精度による信頼性が向上し、且つ、設計時の自由度を増大させ、製造方法の選択肢を増やすことができ、光ピックアップのコスト抑制が可能となる。このように、低コスト且つ高信頼性の光ピックアップ及びこれを用いた記録再生装置を提供することが可能である。
【実施例】
【０１５０】
以下に、本発明を適用した光ピックアップを構成する非対称曲面部について、数値データを挙げて、更に具体的に説明する。
【０１５１】
ここで例として挙げる実施例１〜３は、上述した第１〜第３の実施の形態の光ピックアップに用いられる非対称曲面部にそれぞれ対応している。また、実施例４は、上述した第４の実施の形態の光ピックアップに用いられるカップリングレンズ部８２ｄ及び非対称曲面部８２ｅを有する複合光学面８２ｃに対応するものである。
【０１５２】
各実施例１〜３の構成データは、上述の式（１）における各条件を「表１」〜「表３」に示すとおりとしたものである。図８〜図１０に、各実施例１〜３における非対称曲面部の面形状を等高線図によって示す。また、実施例４の構成データは、上述の式（３）における各条件を「表４」に示すとおりとしたものである。このとき、上述の式（５）における各条件は、「表５」に示すとおりである。図１１に、実施例４における、カップリングレンズ部８２ｄとなる往路側の光学有効領域９１と、非対称曲面部８２ｅとなる復路側の光学有効領域９２とを有する複合光学面８２ｃの面形状を等高線図によって示す。また、図１２〜図１５に、各実施例におけるスポットダイアグラムを示す。
【０１５３】
【表１】
2005353174.tif 000006
【０１５４】
【表２】
2005353174.tif 000007
【０１５５】
【表３】
2005353174.tif 000008
【０１５６】
【表４】
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【０１５７】
【表５】
2005353174.tif 000010
【０１５８】
実施例１〜４の光ピックアップは、図１２〜図１５からも明らかなように、光学系が小型化したにもかかわらず、メインビーム、サイドビームともにコマ収差がよく補正されており、また、非点収差によるスポット形状も良好である。
【産業上の利用可能性】
【０１５９】
本発明を適用した光ピックアップは、記録再生装置に用いられたが、記録装置のみ及び再生装置のみに適用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１６０】
【図１】本発明に係る記録及び／又は再生装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した光ピックアップの光学系の例の概略を示す図である。
【図３】本発明を適用した光ピックアップの互いに異なる波長の出射光を出射する複数の出射部を有する光源を示す図である。
【図４】本発明を適用した光ピックアップを構成するメインビーム用フォトディテクタ及びサイドビーム用フォトディテクタを示す図である。
【図５】本発明を適用した光ピックアップの光学系の他の例の概略を示す図である。
【図６】本発明を適用した光ピックアップの光学系の更に他の例の概略を示す図である。
【図７】本発明を適用した光ピックアップの光学系の更に他の例の概略を示す図である。
【図８】本発明を適用した光ピックアップの実施例１の非対称曲面部の面形状を等高線により示す図である。
【図９】本発明を適用した光ピックアップの実施例２の非対称曲面部の面形状を等高線により示す図である。
【図１０】本発明を適用した光ピックアップの実施例３の非対称曲面部の面形状を等高線により示す図である。
【図１１】本発明を適用した光ピックアップの実施例４の複合光学面の面形状を等高線により示す図である。
【図１２】本発明を適用した光ピックアップの実施例１のスポットダイアグラムを示す図である。
【図１３】本発明を適用した光ピックアップの実施例２のスポットダイアグラムを示す図である。
【図１４】本発明を適用した光ピックアップの実施例３のスポットダイアグラムを示す図である。
【図１５】本発明を適用した光ピックアップの実施例４のスポットダイアグラムを示す図である。
【図１６】従来の光ピックアップの光学系の概略を示す図である。
【図１７】従来の光ピックアップのスポットダイアグラムを示す図である。
【符号の説明】
【０１６１】
１  記録再生装置、  ２  光ディスク、  ３  光ピックアップ、  ４  ディスク回転駆動機構、  ５  送り機構、  ６  制御部、  ７  ディスクテーブル、  ８  スピンドルモータ、  ９  アクセス制御回路、  １０  サーボ回路、  １１  ドライブコントローラ、  １２  信号復調回路、  １３  誤り訂正回路、  １４  インターフェース、  ２１  光ピックアップ、  ２２  光源、  ２３  対物レンズ、  ２４  ビームスプリッタ、  ２５  受光部、  ２６  ３ビーム生成用回折格子、  ２７  カップリングレンズ、  ２８  コリメータレンズ、  ２９  １／４波長板、  ３０  開口絞り、  ３１  複合光学素子、  ３１ａ  非対称曲面部、  ３１ｂ  光路合成ホログラム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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